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연세소식

[연구 프론티어] 권호정 교수팀, 비만 개선 활성이 있는 천연 화합물 발견 및 작용 기전 규명

연세대학교 홍보팀 / news@yonsei.ac.kr
2021-01-07

권호정 교수팀, 비만 개선 활성이 있는 천연 화합물 발견 및 작용 기전 규명

천연 화합물 라이브러리 658 종을 활용해 오토파지를 유도하는 약물을 고효율 탐색

지방 분해 촉진을 통한 대사 개선 효과 및 표적 기전 규명


[사진: (왼쪽부터)권호정 교수, 김다솔 연구원, 황희윤 연구원]


생명시스템대학 생명공학과 권호정 교수 연구팀(공동 제1저자: 김다솔, 황희윤 통합과정생)은 천연 화합물 라이브러리 658종을 활용해 오토파지를 효과적으로 유도하는 화합물인 캠페라이드(Kaempferide)를 표현형 기반 고효율 탐색법으로 발견했다. 


오토파지 조절 이상에 의한 관련 질병으로는 대사 이상, 신경퇴행성 질환, 암, 노화 등이 알려져 있으며, 이러한 질환을 효과적으로 조절하기 위해 오토파지를 조절하는 약물을 발굴하고 그 기전을 규명하는 것이 전 세계적으로 주목받고 있다. 또한, 천연 화합물은 자연계에서 발견되는 살아있는 유기체에 의해 생성되는 물질로서, 화학물질 의약품보다 독성이 적다는 장점으로 바이오 식의약품 개발의 주요 소재로 활용되고 있으나 정확한 작용기전이 규명되지 않은 경우가 많아 신약 개발 등 실제 산업화에 어려움이 되어 왔다.


연구팀은 세포주 및 동물 모델을 통해 식용 및 한의약 식물의 대사산물중 하나인 캠페라이드라는 플라보노이드 기본구조의 천연화합물이 지방세포의 오토파지 유도 활성 및 대사 개선 효능을 발휘함을 발견했다. 나아가 비수식 화합물의 표적 단백질 동정 융합 시스템을 통해 캠페라이드가 세포 내 에너지 생성소 기관인 미토콘드리아에서 단백질 합성 신장 인자(elongation factor)인 TUFM 단백질과 직접적으로 결합함을 확인했으며, TUFM과의 직접적인 결합을 통해 오토파고좀 형성을 촉진하고, 한편으로 활성산소-리소좀 칼슘 방출 유도를 통한 오토파지 유전자 발현을 촉진해 오토파지 유도를 통합적으로 조정하는 기전을 최초로 규명했다(그림 참조).


[그림: a) 캠페라이드가 처리된 고지방 식이 유도 비만 마우스의 비만 감소 활성 대표 이미지. b) 캠페라이드의 체중 증량 완화 효능 검증. 

c) 캠페라이드의 혈당 강하 효능 검증. d) 캠페라이드의 오토파지 유도 및 대사 개선 기전 모식도.]


본 연구를 통해 천연 화합물 캠페라이드가 오토파지 유도를 통해 비만 등의 대사 이상 개선에 효과적인 활성이 있음을 발견하고, 미토콘드리아 TUFM 단백질과의 결합을 통해 대사 조절 활성이 발현될 수 있음을 최초로 규명함으로써 대사 개선 관련 치료제 개발에 활용될 수 있는 새로운 천연 화합물과 표적을 동시에 제시했다. 


이번 연구성과는 과학기술정보통신부-한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(글로벌연구실사업) 및 유전자동의보감 사업의 지원과 한국기초과학지원연구원 유종신 박사 연구팀(공저자; 김진영, 지은선 박사연구원)의 협력 연구로 수행됐으며, 2021년 1월 4일 ‘커뮤니케이션 바이올로지(Communications Biology, SCI)’에 게재됐다. 본 학술지는 네이처(Nature)지가 발행하는 국제학술지로 분야 Q1의 우수학술지이다.    


용어설명

● 오토파지(Autophagy): 세포 내 구성요소의 파괴와 재활용에 질서를 제공하는 세포 구성성분을 자연적으로 분해하는 파괴 기전. 세포 내 영양분이 부족하거나 외부에서 미생물이 침입했을 때와 같은 스트레스 상황에서 세포 스스로 생존을 위해 내부 단백질을 재활용해 항상성을 유지하는 자가 방어기전.

● TUFM (Mitochondrial elongation factor Tu): 미토콘드리아 내부에 위치한 단백질 합성 신장 인자. 오토파고좀 형성에도 관여함. 



논문정보

논문명: Activation of mitochondrial TUFM ameliorates metabolic dysregulation through coordinating autophagy induction

저널명: Communications Biology

키워드: 오토파지(Autophagy), DARTS-LC-MS/MS, TUFM, 비만(Obesity), 대사이상질환 (metabolic syndrome)

DOI: 10.1038/s42003-020-01566-0

저자: 권호정 교수(교신저자, 연세대), 김다솔(제1저자, 연세대), 황희윤(제1저자, 연세대), 지은선(공저자, 한국기초과학지원연구원), 김진영(공저자, 한국기초과학지원연구원), 유종신(공저자, 한국기초과학지원연구원)

 

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